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1、对晶体结构及其应用的认识引言：化学中对晶体的研究促进了各种特性材料的发现和发明,也促进了各种催化剂的发现,晶体是美丽的,他们的最小单位晶胞更是充分体现了各种对称美和造物者的神奇。晶体的应用在人类的生产生活中正发挥着巨大的作用。在本飞行器制造工程专业中也占据着不可忽视的作用。关键词 原子晶体， 离子晶体， 分子晶体， 材料，制造业高中时学习化学，曾接触过晶体的一些知识，因而对晶体产生了浓厚的兴趣，想借此机会，总结一下晶体结构以及晶体的各种应用。晶体分为原子晶体、离子晶体、分子晶体和金属晶体，我们生活的世界大部分是由这些物质构成。晶体具有以下特征：自范性：晶体具有自发地形成封闭的凸几何多面体外形能
2、力的性质，又称为自限性。均一性：指晶体在任一部位上都具有相同性质的特征。各向异性：在晶体的不同方向上具有不同的性质。对称性：指晶体的物理化学性质能够在不同方向或位置上有规律地出现,也称周期性。最小内能和最大稳定性。晶体中质点排列具有周期性和对称性 整个晶体可看作由结点沿三个不同的方向按一定间距重复出现形成的，结点间的距离称为该方向上晶体的周期。同一晶体不同方向的周期不一定相同。可以从晶体中取出一个单元，表示晶体结构的特征。取出的最小晶格单元称为晶胞。晶胞是从晶体结构中取出来的反映晶体周期性和对称性的重复单元。原子晶体是几种晶体中硬度最大，熔点较高的一类晶体。晶体中原子与原子通过共价键链接，构成
3、一个空间的三维网络结构，所以具有他们特有的物理性质。俗话说“没有金刚钻别揽瓷器活”就是说的原子晶体中最典型的金刚石，金刚石中 C 原子通过 sp3 杂化轨道与其他 C 原子相连，在空间形成承受力能力相当强的正四面体结构，我们不禁赞叹大自然的神奇，简单的 C 原子以这种方式连结竟然构成了世间最硬的物质。正是由于原子晶体的各种特异的性质，原子晶体在工业中具有广泛的应用，金刚石因为它的硬度较大，被广泛用在精密切割的刀具上，另外钻石还是昂贵的奢侈品；二氧化硅常被用在机械加工中各种砂轮砂纸上作为耐磨材料；高纯度的硅单质是良好的半导体，被广泛用于电子信息产业；碳化硅是良好的耐磨材料,。离子晶体由阴、阳离子
4、通过离子键结合而成的晶体，离子键：阴、阳离子间强烈的静电作用。离子键无饱和性 、无方向性，大多数盐、强碱、活泼金属氧化物属于离子晶体，典型代表是氯化钠。相对于原子晶体，离子晶体更加普遍存在，同时它们也具有许多独特的特点。应为离子晶体是靠阴阳离子相互吸引结合，离子间以离子键相互结合，离子之间按照严格的规则排列，因此具有很漂亮的晶胞下面如图 立方 ZnS、CaF 2、NaCl 的晶胞离子晶体在人类的生活中发挥着重要作用，冶炼金属，制作高储能的电池，制作具有各种光学特性光学器材，温度测量等很多地方都有应用。分 子 晶 体 是 由 分 子 组 成 ， 可 以 是 极 性 分 子 ， 也 可 以 是 非
5、 极 性 分 子 。 分 子间 的 作 用 力 很 弱 ， 分 子 晶 体 具 有 较 低 的 熔 、 沸 点 ， 硬 度 小 、 易 挥 发 ， 许 多 物质 在 常 温 下 呈 气 态 或 液 态 ， 例 如 O2、 CO2 是 气 体 ， 乙 醇 、 冰 醋 酸 是 液 体 。同 类 型 分 子 的 晶 体 ， 其 熔 、 沸 点 随 分 子 量 的 增 加 而 升 高 ， 例 如 卤 素 单 质 的 熔 、沸 点 按 F2、 Cl2、 Br2、 I2 顺 序 递 增 ； 非 金 属 元 素 的 氢 化 物 ， 按 周 期 系 同 主 族由 上 而 下 熔 沸 点 升 高 ； 有 机 物
6、 的 同 系 物 随 碳 原 子 数 的 增 加 ， 熔 沸 点 升 高 。 但HF、 H2O、 NH3、 CH3CH2OH 等 分 子 间 ， 除 存 在 范 德 华 力 外 ， 还 有 氢 键 的 作用 力 ， 它 们 的 熔 沸 点 较 高 。 在 固 态 和 熔 融 状 态 时 都 不 导 电 。金 属 晶 体 ： 晶格结点上排列金属原子-离子时所构成的晶体。金属中的原子-离子 按金属键结合，因此金属晶体通常具有很高的导电性和导热性、很好的可塑性和机械强度，对光的反射系数大，呈现金属光泽，在酸中可替代氢形成正离子等特性。主要的结构类型为立方面心密堆积、六方密堆积和立方体心密堆积三种（见
7、金属原子密堆积） 。金属晶体的物理性质和结构特点都与金属原子之间主要靠金属键键合相关。金属可以形成合金，是其主要性质之一。生活离不开金属，金属在生活中随处可见，铁合金：钢比生铁具有更多的优良性能，易于加工，用途更为广泛；铝合金：铝中加入镁、铜、锌等金属形成合金。广泛应用于制造飞机、舰艇和载重汽车等，可增加它们的载重量以及提高运行速度，并具有抗海水腐蚀、避磁性等特点；钛和钛合金：被认为是 21 世纪的重要金属材料，具有优异的耐腐蚀性，在海水、空气和若干腐蚀介质中都稳定，可塑性好，强度大，且密度小，又称亲生物金属，常用于喷气式发动机、飞机机身、人造卫星外壳、火箭壳体、医学补形、造纸、人造骨、海水淡
8、化设备、海轮、舰艇的外壳等。离子晶体 原子晶体 分子晶体 金属晶体存在微粒 阴阳离子 原子 分子金属离子、自由电子微粒间作用 离子键 共价键 范德华力 金属键主要性质硬而脆，易溶于极性溶剂，熔化时能够导电，溶沸点高质地硬，不溶于大多数溶剂，导电性差，熔沸点很高硬度小，水溶液能够导电，溶沸点低金属光泽，是电和热的良导体，熔沸点高或低实例 食盐晶体 金刚石 氨、氯化氢 镁、铝飞行器制造工程与化学晶体学具有很重要的关系，飞行器的发展一方面要求设计结构上的改进，另一方面要求应用新的材料，制造技术在其中起着关键性的作用。目前先进航空发动机的推重比达到 1215，涡轮前燃气温度将达到18002100 ，这
9、就需要研究发展更新一代的高温材料，例如耐 816 TiAl 金属基复合材料；耐温 1093金属间化合物；耐 1200-1400C 的 Nb-Si 合金；耐 1538 陶瓷材料；耐 1800Ir 基合金; 耐温 1371隔热涂层等；钛合金具有航空结构要求的卓越性能，早在 50 年代就受到人们的重视，但由于钛在常温下的可加工性差，只能制造简单形状的纯钛或低强度钛合金零件，后来因热成形方法和设备得到了发展，先进的钛合金结构才在航空航天飞行器上扩大应用。陶瓷，铸石，微晶，不锈钢，高锰钢均是很好的耐磨材料。另外超硬耐磨材料在机械制造业中应用金属材料的加工。参考文献1 陈敬中.现在晶体化学. 科学出版社，2010-05-012严东生，冯瑞.材料新星.长沙:湖南科技出版社,1998.3哈尔滨工业大学.工科大学化学.第二版.北京: 高等教育出版社4 何涌，雷新荣：结晶化学北京:化学工业出版社.2001
